WO2022014771A1

WO2022014771A1 - Biosensor for sensing biometric information through superstrate by using electromagnetic waves

Info

Publication number: WO2022014771A1
Application number: PCT/KR2020/011322
Authority: WO
Inventors: 돈 변프랭클린; 변강일
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-01-20
Also published as: KR102474119B1; KR20220008524A

Abstract

A biosensor according to an embodiment may comprise: an antenna element which radiates electromagnetic waves toward a target object; and a superstrate which transfers, to the target object, the electromagnetic waves radiated from the antenna element, and has a relative permittivity increasing as the distance from the antenna element increases.

Description

슈퍼스트레이트를 통해 전자기파를 이용하여 생체 정보를 센싱하는 바이오 센서A biosensor that senses biometric information using electromagnetic waves through superstrate

이하, 슈퍼스트레이트를 통해 전자기파를 이용하여 생체 정보를 센싱하는 바이오 센서에 관한 기술이 제공된다.Hereinafter, a technology related to a biosensor for sensing biometric information using electromagnetic waves through superstrate is provided.

최근 현대인들은 식생활습관 서구화로 인해 당뇨병, 고지혈증, 혈전환자 등 소위 성인 질환으로 고통받는 사람들이 늘고 있다. 이러한 성인 질환의 경중 여부를 알 수 있는 간단한 방법은 혈액 내의 생체 성분 측정이다. 생체 성분 측정은 혈당, 빈혈, 혈액응고 등 혈중에 포함된 여러 가지 성분의 양을 알 수 있어 특정 성분의 수치가 정상 영역에 있는지, 비정상 영역에 있는지 일반인도 병원에 가지 않고 쉽게 이상 여부의 판단이 가능하다는 장점이 있다.Recently, the number of people suffering from so-called adult diseases such as diabetes, hyperlipidemia, and blood-converted persons is increasing due to the westernization of eating habits. A simple way to determine the severity of these adult diseases is to measure biocomponents in the blood. Bio-component measurement can determine the amount of various components in the blood, such as blood sugar, anemia, and blood clotting, so that the level of a specific component is in the normal or abnormal region, making it easy for the general public to determine whether there is an abnormality without going to the hospital. The advantage is that it is possible.

생체 성분 측정의 손쉬운 방법 중 하나는 손가락 끝에서 채혈한 혈액을 테스트 스트립에 주입 후 전기화학적 혹은 광도법을 이용하여 출력신호를 정량 분석하는 것인데, 이러한 방법은 측정기에서 해당 성분량이 디스플레이될 수 있으므로 전문지식이 없는 일반인에게 적합하다.One of the easy methods for measuring biocomponents is to quantitatively analyze the output signal using electrochemical or photometric methods after injecting blood collected from the fingertip into a test strip. It is suitable for people who do not have

바이오 센서는 스마트 기기와 결합되어 사용될 수도 있는데, 생체 정보의 신속하고 정확한 측정이 요구된다.The biosensor may be used in combination with a smart device, and rapid and accurate measurement of biometric information is required.

일 실시예에 따른 바이오 센서는 체외에 배치되는 센서로서 상대 유전율이 부위 별로 다른 슈퍼스트레이트를 통해 전자기파를 체내를 향해 방사할 수 있다.The biosensor according to an embodiment is a sensor disposed outside the body and may radiate electromagnetic waves toward the body through a superstrate having a different relative permittivity for each part.

일 실시예에 따른 바이오 센서의 슈퍼스트레이트에서 레이어들의 상대 유전율은 안테나 소자로부터 대상 객체를 향해 점진적으로 변화할 수 있다.In the superstrate of the biosensor according to an embodiment, the relative permittivity of the layers may be gradually changed from the antenna element toward the target object.

일 실시예에 따른 바이오 센서는 대상 객체에 접착될 수 있다.The biosensor according to an embodiment may be adhered to the target object.

일 실시예에 따른 바이오 센서는, 대상 객체(target object)를 향해 전자기파를 방사하는 안테나 소자; 및 상기 안테나 소자로부터 방사된 전자기파를 상기 대상 객체로 전달하고, 상대 유전율(relative permittivity)이 상기 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가하는 슈퍼스트레이트(superstrate)를 포함할 수 있다.A biosensor according to an embodiment includes: an antenna element emitting electromagnetic waves toward a target object; and a superstrate that transmits the electromagnetic wave radiated from the antenna element to the target object, and whose relative permittivity increases as the distance from the antenna element increases.

바이오 센서는 상기 대상 객체를 향해 방사된 상기 전자기파에 기초하여 상기 대상 객체 내의 대상 피분석물과 관련된 생체 정보를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The biosensor may further include a controller configured to determine biometric information related to a target analyte in the target object based on the electromagnetic wave radiated toward the target object.

상기 슈퍼스트레이트에서 상기 안테나 소자에 인접한 제1 부분들 간의 제1 유전율 차이는 상기 제1 부분들보다 상기 안테나 소자로부터 멀리 배치된 제2 부분들 간의 제2 유전율 차이보다 작을 수 있다.In the superstrate, a first dielectric constant difference between first portions adjacent to the antenna element may be smaller than a second dielectric constant difference between second portions disposed farther from the antenna element than the first portions.

상기 슈퍼스트레이트의 상대 유전율 증가 정도는 상기 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.The degree of increase in the relative permittivity of the superstrate may increase as the distance from the antenna element increases.

상기 슈퍼스트레이트는, 상대 유전율이 서로 다른 복수의 레이어들을 포함할 수 있다.The superstrate may include a plurality of layers having different relative dielectric constants.

상기 복수의 레이어들에서 상기 안테나 소자로부터 먼 레이어의 상대 유전율은 상기 안테나 소자에 인접한 레이어의 상대 유전율보다 높을 수 있다.In the plurality of layers, a relative permittivity of a layer distant from the antenna element may be higher than a relative permittivity of a layer adjacent to the antenna element.

상기 복수의 레이어들에서 인접한 레이어들 간의 고유 임피던스 차이들이 균일하게 분포될 수 있다.In the plurality of layers, intrinsic impedance differences between adjacent layers may be uniformly distributed.

상기 복수의 레이어들 중 적어도 한 레이어는, 상기 전자기파의 방사 지점의 상대 유전율의 제곱근 및 목표 지점의 상대 유전율의 제곱근 간의 차이, 레이어의 배치 순서, 및 상기 복수의 레이어들의 총 개수에 기초하여 결정된 상대 유전율을 가질 수 있다.At least one of the plurality of layers may have a difference between the square root of the relative permittivity of the radiation point of the electromagnetic wave and the square root of the relative permittivity of the target point, an arrangement order of the layers, and a relative determined based on the total number of the plurality of layers It may have a dielectric constant.

상기 슈퍼스트레이트는, 상기 안테나 소자를 기준으로 상기 슈퍼스트레이트의 반대편에 배치되는 접지 레이어를 더 포함하고, 상기 복수의 레이어들 중 상기 안테나 소자에 접촉한 레이어는 상기 접지 레이어의 상대 유전율 및 상기 대상 객체의 상대 유전율 사이에 대응하는 범위 내의 상대 유전율을 가질 수 있다.The superstrate may further include a ground layer disposed opposite to the superstrate with respect to the antenna element, and a layer in contact with the antenna element among the plurality of layers may have a relative permittivity of the ground layer and the target object. It may have a relative permittivity within a range corresponding to the relative permittivity of .

상기 복수의 레이어들 중 상기 대상 객체에 접촉한 레이어는 상기 대상 객체의 상대 유전율과 동일하거나 유사한 상대 유전율을 가질 수 있다.A layer in contact with the target object among the plurality of layers may have a relative permittivity that is the same as or similar to a relative permittivity of the target object.

상기 대상 객체에 접촉한 레이어는, 인체 피부에 대응하는 상대 유전율을 가질 수 있다.The layer in contact with the target object may have a relative permittivity corresponding to human skin.

상기 슈퍼스트레이트의 각 레이어는 상기 안테나 소자에 의해 목표 주파수로 방사되는 전자기파의 반파장 미만의 두께로 형성될 수 있다.Each layer of the superstrate may be formed to have a thickness of less than half a wavelength of an electromagnetic wave radiated at a target frequency by the antenna element.

상기 슈퍼스트레이트는 상기 안테나 소자에 의해 목표 주파수로 방사되는 전자기파의 반파장에 대응하는 두께로 형성될 수 있다.The superstrate may be formed to a thickness corresponding to a half-wavelength of an electromagnetic wave radiated at a target frequency by the antenna element.

상기 슈퍼스트레이트는, 상기 대상 객체에 접촉하면서, 상기 대상 객체에 부착(attach)되는 접착 레이어를 더 포함할 수 있다.The superstrate may further include an adhesive layer attached to the target object while in contact with the target object.

상기 슈퍼스트레이트의 측부에 연결되고, 상기 대상 객체에 부착되는 접착부를 더 포함할 수 있다.It may further include an adhesive part connected to the side of the superstrate and attached to the target object.

상기 슈퍼스트레이트의 각 레이어의 소재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 기반 복합체(composite), 유기 세라믹 라미네이트(organic ceramic laminate), 및 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP, Fluorinated Ethylene Propylene) 중 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.The material of each layer of the superstrate is polytetrafluoroethylene (PTFE, Polytetrafluoroethylene)-based composite, organic ceramic laminate, and fluorinated ethylene propylene (FEP, Fluorinated Ethylene Propylene) at least one material. may include

바이오 센서는 상기 전자기파를 통해 체내 센서와 통신을 수립할 수 있다.The biosensor may establish communication with the body sensor through the electromagnetic wave.

바이오 센서는 상기 슈퍼스트레이트를 기준으로 상기 안테나 소자의 반대편에 접지 레이어가 배치되고, 상기 안테나 소자, 상기 슈퍼스트레이트, 및 상기 접지 레이어를 수용하는 하우징을 더 포함할 수 있다.The biosensor may further include a housing in which a ground layer is disposed opposite to the antenna element with respect to the superstrate, and accommodates the antenna element, the superstrate, and the ground layer.

일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템은, 대상 객체를 향해 전자기파를 방사하는 안테나 소자 및 상대 유전율이 상기 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가하는 슈퍼스트레이트(superstrate)를 포함하는 외부 생체 센서; 및 상기 대상 객체 내부에 배치되고, 상기 외부 생체 센서와 통신을 수립하는 내부 생체 센서를 포함할 수 있다.A biosensing system according to an embodiment includes: an external biosensor including an antenna element emitting electromagnetic waves toward a target object and a superstrate whose relative permittivity increases as the distance from the antenna element increases; and an internal biometric sensor disposed inside the target object and establishing communication with the external biometric sensor.

일 실시예에 따른 바이오 센서는 점진적으로 변화하는 상대 유전율을 갖는 슈퍼스트레이트를 통해 체내 전자파 투과의 효율성을 개선할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may improve the efficiency of transmitting electromagnetic waves in the body through a superstrate having a gradually changing relative permittivity.

일 실시예에 따른 바이오 센서는 안테나 소자와 슈퍼스트레이트 간의 손실 계수 및 슈퍼스트레이트와 대상 객체 간의 손실 계수를 최소화하여 전자파 손실을 감소시킬 수 있다.The biosensor according to an embodiment may reduce electromagnetic wave loss by minimizing a loss coefficient between the antenna element and the superstrate and a loss coefficient between the superstrate and the target object.

일 실시예에 따른 바이오 센서에서 접착 레이어는 피부와의 유전율 차이를 최소화하기 위해 고 유전율 및 저 손실상수를 가질 수 있다.In the biosensor according to an embodiment, the adhesive layer may have a high dielectric constant and a low loss constant in order to minimize a difference in dielectric constant with the skin.

도 1은 일 실시예에 따른 바이오 센서의 개괄적인 구성을 도시한다.1 shows a general configuration of a biosensor according to an embodiment.

도 2는 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트의 예시적인 구성을 도시한다.2 shows an exemplary configuration of a superstrate according to an embodiment.

도 3은 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트의 전파 투과 계수 및 반사 계수를 설명한다.3 illustrates a propagation transmission coefficient and a reflection coefficient of a superstrate according to an embodiment.

도 4는 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트 내 위치별 유전율 곡선 및 슈퍼스트레이트를 구성하는 레이어 소재의 상대 유전율을 설명한다.4 illustrates a dielectric constant curve for each position in a superstrate and a relative permittivity of a layer material constituting the superstrate according to an embodiment.

도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트에 의한 반사 계수 및 투과 계수의 개선을 설명한다.5 and 6 illustrate improvement of a reflection coefficient and a transmission coefficient by superstrate according to an embodiment.

도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 접착 레이어의 배치를 설명하는 도면이다.7 and 8 are views for explaining an arrangement of an adhesive layer according to an exemplary embodiment.

도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 바이오 센서에 의한 전파 투과 레벨을 설명하는 도면이다.9 and 10 are diagrams for explaining a radio wave transmission level by a biosensor according to an exemplary embodiment.

도 11은 일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템을 도시한다.11 illustrates a biosensing system according to an embodiment.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for the purpose of description only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments as well, and detailed descriptions within the overlapping range will be omitted.

바이오 센서(100)는 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)(199)을 센싱하는 센서일 수 있다. 대상 피분석물(199)은 생체(living body)와 연관된 물질(material)로서, 생체 물질(analyte)이라고도 나타낼 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 대상 피분석물(199)은 주로 혈당으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 바이오 센서(100)는 안테나 소자(110), 슈퍼스트레이트(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.The biosensor 100 may be a sensor that senses a target analyte 199 using electromagnetic waves. The target analyte 199 is a material related to a living body, and may also be referred to as an analyte. For reference, in the present specification, the target analyte 199 is mainly described as blood sugar, but is not limited thereto. The biosensor 100 may include an antenna element 110 , a superstrate 120 , and a controller 130 .

일 실시예에 따르면, 안테나 소자(110)는 대상 객체를 향해 전자기파를 방사할 수 있다. 객체는 생체 및/또는 생체의 일부(예를 들어, 신체 부위(body part))일 수 있다. 바이오 센서(100)는 안테나 소자(110)를 통해 전자기파를 방사하고, 해당 방사된 전자기파가 반사된 산란된 전자기장을 수신함으로써, 대상 피분석물(199)과 연관된 생체 파라미터를 결정할 수 있다. 본 명세서에서 생체 파라미터는 바이오 센서(100) 및/또는 바이오 센싱 시스템을 해석하기 위해 사용되는 회로망 파라미터(circuit network parameter)를 나타낼 수 있고, 아래에서는 설명의 편의를 위해 주로 산란 파라미터를 예로 들어 설명하나 이로 한정하는 것은 아니다. 생체 파라미터는 대상 객체의 피분석물에 대한 전자기적 특성과 관련된 파라미터로서, 예를 들어, 피분석물을 투과한 투과 파라미터, 피분석물에 의해 반사된 반사 파라미터 등과 같은 산란 파라미터, 및 안테나 주변의 피분석물 농도에 따라 변화하는 안테나 자체의 공진 주파수 등을 포함할 수 있다. 참고로, 안테나 소자(110)의 공진 주파수는 대상 피분석물(199)의 농도와 관련되므로, 바이오 센서(100)는 투과계수 및/또는 반사계수의 변화를 감지함으로써 안테나 소자(110)의 공진 주파수에 기초하여 혈당을 예측할 수 있다. 혈당 예측과 관련된 제어부(130)의 동작은 후술한다.According to an embodiment, the antenna element 110 may radiate electromagnetic waves toward the target object. The object may be a living body and/or a part of the living body (eg, a body part). The biosensor 100 may determine a bio-parameter associated with the target analyte 199 by emitting an electromagnetic wave through the antenna element 110 and receiving a scattered electromagnetic field reflected by the emitted electromagnetic wave. In the present specification, the biometric parameter may represent a circuit network parameter used to interpret the biosensor 100 and/or the biosensing system, and scattering parameters will be mainly described below for convenience of description. It is not limited to this. The biological parameter is a parameter related to the electromagnetic properties of the analyte of the target object, for example, a transmission parameter transmitted through the analyte, a scattering parameter such as a reflection parameter reflected by the analyte, and a scattering parameter around the antenna. It may include the resonance frequency of the antenna itself that changes according to the concentration of the analyte. For reference, since the resonant frequency of the antenna element 110 is related to the concentration of the target analyte 199 , the biosensor 100 detects a change in the transmission coefficient and/or the reflection coefficient of the resonance of the antenna element 110 . Blood sugar can be predicted based on the frequency. An operation of the controller 130 related to blood sugar prediction will be described later.

슈퍼스트레이트(120)는 안테나 소자(110)로부터 방사된 전자기파를 대상 객체로 전달할 수 있다. 슈퍼스트레이트(120)에서 상대 유전율(relative permittivity)은 안테나 소자(110)로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 예를 들어, 안테나 소자(110)를 기준으로 슈퍼스트레이트(120)의 근위부의 상대 유전율은 슈퍼스트레이트(120)의 원위부의 상대 유전율보다 작을 수 있다. 슈퍼스트레이트(120)의 근위부는 안테나 소자(110)에 인접한 부분을 나타내고, 슈퍼스트레이트(120)의 원위부는 안테나 소자(110)로부터 먼 부분을 나타낼 수 있다. 슈퍼스트레이트(120)의 상대 유전율은 근위부로부터 원위부로 갈 수록 증가할 수 있다. 일 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 안테나 소자(110)에 의해 방사되는 전자기파를 슈퍼스트레이트(120)로 전달할 수 있다. 바이오 센서(100)는 슈퍼스트레이트(120)를 통해 반사 손실이 최소화된 전자기파를 대상 객체로 전달할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서(100)에 의해 슈퍼스트레이트(120)를 통과하여 방사된 전자기파는 대상 객체의 진피층(141), 피하층(142), 및 혈관(143)까지 도달할 수 있다.The superstrate 120 may transmit the electromagnetic wave radiated from the antenna element 110 to the target object. In the superstrate 120 , the relative permittivity may increase as the distance from the antenna element 110 increases. For example, the relative permittivity of the proximal portion of the superstrate 120 with respect to the antenna element 110 may be less than the relative permittivity of the distal portion of the superstrate 120 . A proximal portion of the superstrate 120 may represent a portion adjacent to the antenna element 110 , and a distal portion of the superstrate 120 may represent a portion distal from the antenna element 110 . The relative permittivity of the superstrate 120 may increase from the proximal portion to the distal portion. The biosensor 100 according to an embodiment may transmit electromagnetic waves emitted by the antenna element 110 to the superstrate 120 . The biosensor 100 may transmit electromagnetic waves with minimized reflection loss to the target object through the superstrate 120 . For example, electromagnetic waves radiated through the superstrate 120 by the biosensor 100 may reach the dermal layer 141 , the subcutaneous layer 142 , and the blood vessel 143 of the target object.

제어부(130)는 대상 객체를 향해 방사된 전자기파에 기초하여 대상 객체 내의 대상 피분석물(199)과 관련된 생체 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 생체 파라미터를 이용하여 생체 정보를 결정할 수 있다. 생체 정보는 생체의 상태를 지시하는 정보로서, 예를 들어, 피분석물의 종류 및 농도 등을 포함할 수 있다. 예시적으로 생체 정보는 혈당 수치를 나타낼 수 있다.The controller 130 may determine biometric information related to the target analyte 199 in the target object based on the electromagnetic wave radiated toward the target object. For example, the controller 130 may determine biometric information using biometric parameters. Biometric information is information indicating the state of a living body, and may include, for example, the type and concentration of an analyte. For example, the biometric information may indicate a blood sugar level.

안테나 소자(110)의 공진 주파수는, 후술하는 바와 같이, 안테나 소자(110)에 의해 형성되는 빔 패턴에 대응하는 공간 내에 존재하는 대상 피분석물(199)의 농도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 하기 수학식 1과 같이 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분으로 표현될 수 있다.The resonant frequency of the antenna element 110 may vary depending on the concentration of the target analyte 199 existing in a space corresponding to the beam pattern formed by the antenna element 110 , as will be described later. For example, the resonance frequency may be expressed as a capacitance component and an inductance component as shown in Equation 1 below.

상술한 수학식 1에서 f는 안테나 소자(110)의 공진 주파수, L은 안테나 소자(110)의 인덕턴스, C는 안테나 소자(110)의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 안테나 소자(110)의 커패시턴스 C는 아래 수학식 2와 같이 상대 유전율(relative permittivity)

에 비례할 수 있다.In Equation 1 described above, f may represent a resonance frequency of the antenna element 110 , L may represent an inductance of the antenna element 110 , and C may represent a capacitance of the antenna element 110 . The capacitance C of the antenna element 110 is a relative permittivity (relative permittivity) as shown in Equation 2 below

can be proportional to

안테나 소자(110)의 상대 유전율

은 주변의 대상 피분석물(199)의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 배열 모드로 동작하는 안테나 소자(110)는 대상 부위, 예를 들어, 혈관을 향해 전자기파를 방사할 수 있다. 이 때, 혈관을 향해 방사된 전자기파는 주변에 존재하는 대상 피분석물(199)로 인해 산란될 수 있다. 산란되는 전자기장(scattered field)의 세기는 대상 피분석물(199)의 농도에 따라 달라질 수 있는데, 주로 대상 부위인 혈관 내 포함된 대상 피분석물(199)의 농도에 따라 달라질 수 있다. 대상 피분석물(199)의 농도 변화에 따라 안테나 소자(110)의 상대 유전율

이 변하므로, 안테나 소자(110)의 공진 주파수도 함께 변화한다.Relative permittivity of antenna element 110

may be affected by the concentration of the target analyte 199 in the vicinity. For example, the antenna element 110 operating in the array mode may radiate electromagnetic waves toward a target site, for example, a blood vessel. At this time, the electromagnetic wave radiated toward the blood vessel may be scattered due to the target analyte 199 existing in the vicinity. The intensity of the scattered electromagnetic field may vary depending on the concentration of the target analyte 199 , and may mainly vary depending on the concentration of the target analyte 199 included in the blood vessel, which is the target site. Relative permittivity of the antenna element 110 according to a change in the concentration of the target analyte 199

As this changes, the resonant frequency of the antenna element 110 also changes.

산란되는 전자기장(scattered field)의 세기는 예시적으로 제1 안테나 소자(110)에서의 반사 계수(reflection coefficient) S ₁₁에 대응할 수 있다. 바이오 센서(100)는 주파수 범위 내에서 반사 계수 S ₁₁을 측정함으로써 주파수 응답 특성(199)을 획득할 수 있다. 반사 계수 S ₁₁에서는 주파수 범위 내에서 가장 낮은 반사 계수를 나타내는 주파수가 공진 주파수일 수 있다. 상대 유전율

이 증가할수록 안테나 소자(110)의 공진 주파수가 감소할 수 있다.The intensity of the scattered electromagnetic field may, for example, correspond to a reflection coefficient S ₁₁ in the first antenna element 110 . The biosensor 100 may acquire the frequency response characteristic 199 by measuring the _{reflection coefficient S 11 within the frequency range.} In the reflection coefficient S ₁₁ , a frequency having the lowest reflection coefficient within the frequency range may be a resonance frequency. Relative permittivity

As this increases, the resonant frequency of the antenna element 110 may decrease.

따라서, 일 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 안테나 소자(110)의 공진 주파수에 기초하여 혈관에 내 대상 피분석물(199)에 대한 생체 정보를 직접적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서(100)는 공진 주파수 별로 대응하는 대상 피분석물(199)의 농도 값(예를 들어, 혈당 수치)이 매핑된 매핑 테이블(예를 들어, 룩업테이블(LUT, look up table))로부터, 측정 시점에서 측정된 공진 주파수에 의해 지시되는 농도 값을 결정할 수 있다. 다만, 생체 정보의 결정을 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다.Accordingly, the biosensor 100 according to an embodiment may directly determine the biometric information on the target analyte 199 in the blood vessel based on the resonance frequency of the antenna element 110 . For example, the biosensor 100 may include a mapping table (eg, a lookup table (LUT) table)), it is possible to determine the concentration value indicated by the resonant frequency measured at the time of measurement. However, the determination of biometric information is not limited thereto, and may be changed according to design.

일 실시예에 따르면 바이오 센서(200)에서 안테나 소자(210)를 기준으로 일측에 슈퍼스트레이트(220)가 배치되고, 반대측에 접지 레이어(230)가 배치될 수 있다.According to an embodiment, the superstrate 220 may be disposed on one side of the biosensor 200 with respect to the antenna element 210 , and the ground layer 230 may be disposed on the opposite side of the biosensor 200 .

슈퍼스트레이트(220)의 부분들은 안테나 소자(210)로부터의 거리에 따라 다른 상대 유전율을 가질 수 있다. 본 명세서에서는 슈퍼스트레이트(220)가 복수의 레이어들을 포함하고, 각 레이어의 상대 유전율이 다른 예시를 설명하나, 이로 한정하는 것은 아니다. 슈퍼스트레이트(220)는 레이어 단위로 구별되지 않고, 상대 유전율이 연속적으로 변화하는 소재로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 슈퍼스트레이트는 안테나 소자로부터 거리에 따라 다른 밀도로 배치된 동일한 소재(예를 들어, 실리콘)를 포함함으로써, 동일한 손실 상수의 이점을 갖되 다양한 유전율을 가질 수 있다. 밀도 조절에 따라 상대 유전율이 설계되므로, 완만한 손실 탄젠트 변화가 나타날 수 있다. 따라서, 레이어를 병합하는 경우보다, 동일한 소재의 밀도 조절에 의한 슈퍼스트레이트 설계 및 제작이 더 용이할 수 있다.The portions of the superstrate 220 may have different relative permittivity depending on the distance from the antenna element 210 . In this specification, an example in which the superstrate 220 includes a plurality of layers and the relative permittivity of each layer is different will be described, but the present disclosure is not limited thereto. The superstrate 220 is not distinguished for each layer and may be implemented with a material whose relative permittivity continuously changes. For example, a superstrate can have the same dissipation constant, but with different permittivity, by including the same material (eg, silicon) disposed at different densities depending on distance from the antenna element. Since the relative permittivity is designed according to the density control, a gradual change in loss tangent may appear. Therefore, it may be easier to design and manufacture a super-straight by controlling the density of the same material than in the case of merging layers.

슈퍼스트레이트(220)의 복수의 레이어들은 각각 서로 다른 상대 유전율을 가지는 소재로 형성될 수 있다. 복수의 레이어들의 상대 유전율은 슈퍼스트레이트의 중심을 기준으로 일측으로부터 반대측을 향해 점진적으로 감소할 수 있다. 복수의 레이어들은 슈퍼스트레이트(220)에서 안테나 소자(210)에 인접한 근위부(proximal portion)로부터 원위부(distal portion)까지 점진적으로 증가하는 상대 유전율을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 레이어들 중 근위부의 레이어는 원위부의 레이어의 상대 유전율보다 작은 상대 유전율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어(221)는 제2 레이어(222)보다 안테나 소자(210)로부터 먼 위치에 배치될 수 있고, 반대로, 제2 레이어(222)는 제1 레이어(221)보다 안테나 소자(210)로부터 가까운 위치에 배치될 수 있다. 이 때, 복수의 레이어들 중 제1 레이어(221)보다 안테나 소자(210)에 인접하게 배치된 제2 레이어(222)는, 제1 레이어(221)의 상대 유전율보다 작은 상대 유전율을 가질 수 있다.Each of the plurality of layers of the superstrate 220 may be formed of a material having a different relative permittivity. The relative permittivity of the plurality of layers may gradually decrease from one side toward the opposite side with respect to the center of the superstrate. The plurality of layers may have a relative permittivity that gradually increases from a proximal portion adjacent to the antenna element 210 to a distal portion in the superstrate 220 . For example, a proximal layer of the plurality of layers may have a relative permittivity less than a relative permittivity of a distal layer. For example, the first layer 221 may be disposed at a position farther from the antenna element 210 than the second layer 222 , and conversely, the second layer 222 may be disposed at a position farther from the antenna element than the first layer 221 . It may be disposed at a location close to the 210 . In this case, the second layer 222 disposed closer to the antenna element 210 than the first layer 221 among the plurality of layers may have a relative permittivity smaller than that of the first layer 221 . .

예시적으로, 접지 레이어(230)는 FEP(Fluorinated ethylene propylene) 소재로 구현될 수 있다. FEP 소재의 상대 유전율

은 2이고, 반사 손실은 0.0003일 수 있다. 슈퍼스트레이트(220)는 안테나 소자(210)로부터 객체까지 순차적으로 TLF, RF-41, RF-60TC, RF-10, RF-16, RF-25의 소재로 구성되는 레이어들을 포함할 수 있다. TLF, RF-41, RF-60TC, RF-10, RF-16, RF-25의 소재는 Taconic 사의 물질들로서, 상대 유전율

이 순서대로 3.4, 4.1, 6.15, 10.2, 16, 25.6일 수 있다. 다만, 슈퍼스트레이트(220)의 구성 물질을 이로 한정하는 것은 아니다. 슈퍼스트레이트(220)의 각 레이어의 소재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 기반 복합체(composite), 유기 세라믹 라미네이트(organic ceramic laminate), 및 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP, Fluorinated Ethylene Propylene) 중 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.For example, the ground layer 230 may be implemented with a fluorinated ethylene propylene (FEP) material. Relative permittivity of FEP materials

is 2, and the return loss may be 0.0003. The superstrate 220 may include layers composed of materials of TLF, RF-41, RF-60TC, RF-10, RF-16, and RF-25 sequentially from the antenna element 210 to the object. The materials of TLF, RF-41, RF-60TC, RF-10, RF-16, and RF-25 are Taconic's, relative permittivity.

It could be 3.4, 4.1, 6.15, 10.2, 16, 25.6 in this order. However, the material constituting the superstrate 220 is not limited thereto. The material of each layer of the superstrate 220 is at least one of a polytetrafluoroethylene (PTFE)-based composite, an organic ceramic laminate, and a fluorinated ethylene propylene (FEP). material may be included.

복수의 레이어들 중 안테나 소자(210)에 접촉한 레이어는 접지 레이어(230)의 상대 유전율 및 대상 객체의 상대 유전율 사이에 대응하는 범위 내의 상대 유전율을 가질 수 있다. 복수의 레이어들 중 대상 객체에 접촉한 레이어(240)는 대상 객체의 상대 유전율과 동일하거나 유사한 상대 유전율을 가질 수 있다. 대상 객체가 인체 피부인 경우, 대상 객체에 접촉한 레이어(240)는, 인체 피부에 대응하는 상대 유전율을 가질 수 있다. 인체 피부의 상대 유전율은 예를 들어 42일 수 있다. 대상 객체에 접촉한 레이어(240)는 접착성 레이어일 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.Among the plurality of layers, a layer in contact with the antenna element 210 may have a relative permittivity within a range corresponding to a relative permittivity of the ground layer 230 and a relative permittivity of the target object. Among the plurality of layers, the layer 240 in contact with the target object may have a relative permittivity equal to or similar to the relative permittivity of the target object. When the target object is human skin, the layer 240 in contact with the target object may have a relative permittivity corresponding to the human skin. The relative permittivity of human skin may be, for example, 42. The layer 240 in contact with the target object may be an adhesive layer, but is not limited thereto.

아래에서는 슈퍼스트레이트(220)의 레이어들의 상대 유전율을 설명한다.The relative permittivity of the layers of the superstrate 220 will be described below.

슈퍼스트레이트는 복수의 레이어들을 포함하고, 복수의 레이어들의 각각은 서로 다른 상대 유전율을 갖는 매체로 모델링될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서는 전자기파가 제1 매체(310), 제2 매체(320), 내지 제N 매체(390)를 순차적으로 투과할 경우의 반사 계수 및 투과도를 설명한다. 여기서, N은 슈퍼스트레이트를 구성하는 레이어들의 개수로서 2이상의 정수일 수 있다. 아래 수학식 3은 제k 매체에서의 반사계수, 수학식 4는 전파투과도를 설명한다.The superstrate includes a plurality of layers, and each of the plurality of layers may be modeled as a medium having a different relative permittivity. For example, in FIG. 3 , a reflection coefficient and transmittance when an electromagnetic wave sequentially passes through the first medium 310 , the second medium 320 , and the N-th medium 390 will be described. Here, N may be an integer of 2 or more as the number of layers constituting the superstrate. Equation 3 below describes the reflection coefficient in the k-th medium, and Equation 4 describes the radio wave transmittance.

상술한 수학식 3에서

는 제k 매체의 고유 임피던스를 나타낼 수 있다.

는 진공의 유전율,

는 제k 매체의 상대 유전율,

는 진공의 투자율을 나타낼 수 있다.

는 제k 매체로부터 제k+1 매체의 경계면으로 전자기파가 입사할 시의 반사계수를 나타낼 수 있다. 여기서, k는 1이상 N-1이하의 정수일 수 있다. 상술한 수학식 4에서 T는 전파투과도를 나타낼 수 있다. 상술한 수학식 4에 나타난 바와 같이, 레이어의 개수가 증가할수록 전파투과도 T가 개선될 수 있고, 단일 레이어 대비 2개 개선될 수 있다. 전파투과도의 개선은 하기 도 5에서 설명한다.In Equation 3 above,

may represent the intrinsic impedance of the kth medium.

is the permittivity of vacuum,

is the relative permittivity of the kth medium,

may represent the permeability of vacuum.

may represent a reflection coefficient when an electromagnetic wave is incident from the kth medium to the interface of the k+1th medium. Here, k may be an integer of 1 or more and N-1 or less. In Equation 4 described above, T may represent radio transmittance. As shown in Equation 4 above, as the number of layers increases, the radio transmittance T may be improved, and may be improved by two compared to a single layer. Improvement of radio wave transmittance will be described with reference to FIG. 5 below.

아래 도 4에서는 각 경계면에서 최대 반사 계수가 최소화되는 레이어들의 상대 유전율 구성을 설명한다.In FIG. 4 below, the configuration of the relative permittivity of the layers in which the maximum reflection coefficient is minimized at each interface will be described.

도 4는 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트 내 위치별 상대 유전율 곡선 및 슈퍼스트레이트를 구성하는 레이어 소재의 상대 유전율을 설명한다.4 illustrates a relative permittivity curve for each position in a superstrate and a relative permittivity of a layer material constituting the superstrate according to an embodiment.

일 실시예에 따르면 각 레이어의 고유 임피던스는 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 아래 수학식 5에 나타난 바와 같이, 개별 레이어의 고유 임피던스는 상대 유전율의 제곱근에 반비례할 수 있다.According to an embodiment, the intrinsic impedance of each layer may be expressed as in Equation 5 below. As shown in Equation 5 below, the intrinsic impedance of an individual layer may be inversely proportional to the square root of the relative permittivity.

상술한 수학식 5에서

은 임의의 레이어의 상대 유전율을 나타내고,

는 해당 레이어의 고유 임피던스를 나타낼 수 있다. 상술한 수학식 5로부터 도출되는 제k+1 레이어 및 제k 레이어 간의 고유 임피던스 차이는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 5 above,

represents the relative permittivity of any layer,

may represent the intrinsic impedance of the corresponding layer. The intrinsic impedance difference between the k+1th layer and the kth layer derived from Equation 5 above can be expressed as Equation 6 below.

상술한 수학식 6에서,

은 제k+1 레이어의 상대 유전율,

은 제k 레이어의 상대 유전율,

은 제k+1 레이어 및 제k 레이어 간의 고유 임피던스 차이를 나타낼 수 있다. 상술한 수학식 6에서 분자의 차이가 도미넌트(dominant)하므로, 하기 수학식 7과 같이 근사화될 수 있다.In Equation 6 described above,

is the relative permittivity of the k+1th layer,

is the relative permittivity of the k-th layer,

may represent the intrinsic impedance difference between the k+1th layer and the kth layer. Since the difference between molecules in Equation (6) is dominant, it can be approximated as in Equation (7) below.

다시 말해, 상술한 수학식 5를 참조하면, 상대 유전율이 작을수록 단일 레이어의 임피던스가 커지고, 반사율이 커질 수 있다. 상술한 수학식 6 및 수학식 7을 참조하면, 직관적으로 다중 레이어에서 레이어의 임피던스의 차가 클수록 슈퍼스트레이트 내에서 전자기파가 전파되는 동안 반사 계수가 증가할 수 있다. 반대로, 다중 레이어에서 레이어들 간의 고유 임피던스 차이가 최소화될수록 반사 계수가 감소될 수 있다.In other words, referring to Equation 5 above, as the relative permittivity decreases, the impedance of the single layer may increase and the reflectance may increase. Referring to Equation 6 and Equation 7 described above, the reflection coefficient may increase while the electromagnetic wave propagates in the superstrate as the difference between the impedances of the layers in the multi-layer intuitively increases. Conversely, as the intrinsic impedance difference between the layers in the multi-layer is minimized, the reflection coefficient may be reduced.

일 실시예에 따르면 슈퍼스트레이트에서 안테나 소자에 인접한 제1 부분들 간의 제1 유전율 차이는 제1 부분들보다 안테나 소자로부터 멀리 배치된 제2 부분들 간의 제2 유전율 차이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 슈퍼스트레이트의 상대 유전율 증가 정도는 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 슈퍼스트레이트는, 상대 유전율이 서로 다른 복수의 레이어들을 포함할 수 있다. 복수의 레이어들에서 안테나 소자로부터 먼 레이어의 상대 유전율은 안테나 소자에 인접한 레이어의 상대 유전율보다 높을 수 있다. 슈퍼스트레이트의 복수의 레이어들에서 인접한 레이어들 간의 고유 임피던스 차이들이 균일하게 분포될 수 있다. 고유 임피던스 차이들이 균일하게 분포되면, 슈퍼스트레이트에서 안테나 소자로부터 대상 객체까지 전반적으로 고유 임피던스 차이가 일정하므로 전체 반사 계수가 감소될 수 있다. 고유 임피던스 차이의 균일한 분포를 위한 상대 유전율은 하기 수학식 8과 같이 결정될 수 있다.According to an embodiment, the first dielectric constant difference between the first portions adjacent to the antenna element in the superstrate may be smaller than the second dielectric constant difference between the second portions disposed further from the antenna element than the first portions. For example, the degree of increase in the relative permittivity of the superstrate may increase as the distance from the antenna element increases. The superstrate may include a plurality of layers having different relative dielectric constants. In the plurality of layers, a relative permittivity of a layer distant from the antenna element may be higher than a relative permittivity of a layer adjacent to the antenna element. In the plurality of superstrate layers, intrinsic impedance differences between adjacent layers may be uniformly distributed. When the intrinsic impedance differences are uniformly distributed, the total reflection coefficient may be reduced because the intrinsic impedance difference is uniformly constant from the antenna element to the target object in the superstrate. The relative permittivity for uniform distribution of the intrinsic impedance difference may be determined as in Equation 8 below.

상술한 수학식 8에서

은 슈퍼스트레이트의 시작점으로부터 임의의 거리 x에 위치된 부위의 상대 유전율을 나타낼 수 있다.

는 슈퍼스트레이트의 시작점의 상대 유전율로서, 예를 들어, 안테나 레이어의 상대 유전율을 나타낼 수 있다.

는 슈퍼스트레이트의 종단점의 상대 유전율로서, 예를 들어, 대상 객체의 상대 유전율을 나타낼 수 있다. 슈퍼스트레이트의 시작점은 안테나 소자에 의해 방사된 전자기파가 입사되는 최초 지점을 나타낼 수 있고, 슈퍼스트레이트의 종단점은 전자기파가 슈퍼스트레이트로부터 방출되는 마지막 지점을 나타낼 수 있다. L은 슈퍼스트레이트의 총 두께에 대응하는 길이를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면 슈퍼스트레이트의 부위 별 상대 유전율은 상술한 수학식 8과 같이 전자기파의 방사 지점의 상대 유전율의 제곱근 및 목표 지점의 상대 유전율의 제곱근 간의 차이의 절대값을 총 두께로 나눈 값의 제곱과 안테나 소자로부터 임의의 부위까지의 거리의 제곱에 비례할 수 있다. 다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이, 슈퍼스트레이트의 부위 별 상대 유전율은 시작점으로부터 해당 부위까지의 거리와 관련된 이차 함수 곡선(420)을 따라 결정될 수 있다.In Equation 8 above,

may represent the relative permittivity of a site located at an arbitrary distance x from the starting point of the superstrate.

is the relative permittivity of the starting point of the superstrate, and may represent, for example, the relative permittivity of the antenna layer.

is the relative permittivity of the end point of the superstrat, and may represent, for example, the relative permittivity of the target object. The starting point of the superstrate may indicate an initial point at which the electromagnetic wave emitted by the antenna element is incident, and the end point of the superstrate may indicate the last point at which the electromagnetic wave is emitted from the superstrate. L may represent a length corresponding to the total thickness of the superstrate. According to an embodiment, the relative permittivity of each part of the superstrat is the square root of the square root of the relative permittivity of the radiation point of the electromagnetic wave and the square root of the relative permittivity of the target point divided by the total thickness as in Equation 8 above. and may be proportional to the square of the distance from the antenna element to an arbitrary site. In other words, as shown in FIG. 4 , the relative permittivity for each region of the superstrate may be determined along the quadratic function curve 420 related to the distance from the starting point to the corresponding region.

아래 수학식 9는 슈퍼스트레이트가 레이어들로 구성되는 경우 레이어 인덱스 별 상대 유전율을 설명한다. Equation 9 below describes the relative permittivity for each layer index when the superstrate is composed of layers.

상술한 수학식 9에서

은 제n 레이어의 상대 유전율을 나타낼 수 있다. n은 레이어 인덱스로서 1이상 N이하의 정수일 수 있다. N은 슈퍼스트레이트에 포함된 레이어들의 총 개수로서 1이상의 정수일 수 있다.

는 슈퍼스트레이트의 종단점의 상대 유전율로서, 예를 들어, 대상 객체의 상대 유전율을 나타낼 수 있다.In Equation 9 above,

may represent the relative permittivity of the n-th layer. n is a layer index and may be an integer of 1 or more and N or less. N may be an integer greater than or equal to 1 as the total number of layers included in the superstrate.

is the relative permittivity of the end point of the superstrat, and may represent, for example, the relative permittivity of the target object.

일 실시예에 따르면 슈퍼스트레이트에 있어서 복수의 레이어들 중 적어도 한 레이어는, 전자기파의 방사 지점의 상대 유전율의 제곱근 및 목표 지점의 상대 유전율의 제곱근 간의 차이, 레이어의 배치 순서, 및 복수의 레이어들의 총 개수에 기초하여 결정된 상대 유전율을 가질 수 있다. 상술한 수학식 9는 레이어 별로 임피던스 차이가 일정하게 설계한다고 가정하여 도출된 것이다. 슈퍼스트레이트의 전체에서 임피던스가 균일하게 구현될 수 있는 바, 여러 소재로 레이어들이 구성되었지만 마치 단일 소재로 구현된 것처럼 해석될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트를 이용한 바이오 센서는 보다 안정적으로 전자기파를 방사 및 센싱할 수 있다.According to an embodiment, in the superstrate, at least one of the plurality of layers includes a difference between the square root of the relative permittivity of the radiation point of the electromagnetic wave and the square root of the relative permittivity of the target point, the arrangement order of the layers, and the total of the plurality of layers. It may have a relative permittivity determined based on the number. Equation 9 described above is derived on the assumption that the impedance difference for each layer is designed to be constant. Since the impedance can be uniformly implemented in the entire superstraight, it can be interpreted as if the layers were composed of multiple materials, but as if they were implemented with a single material. Accordingly, the biosensor using the superstrate according to an embodiment may more stably radiate and sense electromagnetic waves.

도 4는 상대 유전율의 선형 분포(410), 이차 함수 곡선(420), 및 수학식 9에 따른 분포(425)에 관한 그래프(400)를 도시한다. 그래프(400)의 세로 축은 상대 유전율을 나타내고, 그래프(400)의 가로 축은 레이어 인덱스를 나타낼 수 있다. 다만, 그래프(400)의 가로축을 이로 한정하는 것은 아니고, 슈퍼스트레이트의 시작점으로부터 슈퍼스트레이트 내 임의의 지점까지의 거리를 나타낼 수도 있다.4 shows a graph 400 of a linear distribution 410 of the relative permittivity, a quadratic function curve 420, and a distribution 425 according to Equation (9). A vertical axis of the graph 400 may indicate a relative permittivity, and a horizontal axis of the graph 400 may indicate a layer index. However, the horizontal axis of the graph 400 is not limited thereto, and the distance from the start point of the superstrate to any point in the superstrate may be indicated.

예를 들어, 그래프(400)에서 시작점의 상대 유전율이 1이고, 종단점의 상대 유전율이 100이라고 가정할 때, 슈퍼스트레이트가 총 8개의 레이어들을 포함하는 예시를 설명한다. 슈퍼스트레이트의 복수의 레이어들의 상대 유전율이 선형 분포(410)를 따라 결정될 경우, 제1 레이어의 상대 유전율은 12, 제2 레이어의 상대 유전율은 23, 제3 레이어의 상대 유전율은 34, 제4 레이어의 상대 유전율은 45, 제5 레이어의 상대 유전율은 56, 제6 레이어의 상대 유전율은 67, 제7 레이어의 상대 유전율은 78, 제8 레이어의 상대 유전율은 89일 수 있다. 반면, 상술한 수학식 9에 따른 분포(425)에 기초하여 결정된 슈퍼스트레이트의 레이어들의 상대 유전율들은 제1 레이어부터 제8 레이어까지 순차적으로 1.27, 5.06, 11.39, 20.25, 31.64, 45.56, 62.02, 및 81일 수 있다.For example, assuming that the relative permittivity of the starting point is 1 and the relative permittivity of the end point is 100 in the graph 400 , an example in which the superstrate includes a total of 8 layers will be described. When the relative permittivity of the plurality of superstrate layers is determined according to the linear distribution 410 , the relative permittivity of the first layer is 12, the relative permittivity of the second layer is 23, the relative permittivity of the third layer is 34, and the fourth layer may have a relative permittivity of 45, the relative permittivity of the fifth layer may be 56, the relative permittivity of the sixth layer may be 67, the relative permittivity of the seventh layer may be 78, and the relative permittivity of the eighth layer may be 89. On the other hand, the relative permittivities of the superstrate layers determined based on the distribution 425 according to Equation 9 are sequentially 1.27, 5.06, 11.39, 20.25, 31.64, 45.56, 62.02, and may be 81.

여기서, 선형 분포(410)에서는 제1 레이어 및 제2 레이어 간의 상대 유전율 차이는 11이고, 제8 레이어 및 대상 객체 간의 상대 유전율 차이도 11로서 동일하다. 다만, 앞서 수학식 3에서 설명한 바와 같이 반사 계수는 경계면에 인접한 매체들(예를 들어, 두 레이어들)의 상대 유전율의 제곱근 차이의 제곱에 비례할 수 있다. 예를 들어, 선형 분포(410)에서는 제1 레이어 및 제2 레이어 간의 반사 계수는

에 비례하지만, 제8 레이어 및 대상 객체 간의 반사 계수는

에 비례할 수 있다. 다시 말해, 상대 유전율 차이가 동일하더라도, 반사 계수는 상대 유전율의 제곱근의 차이의 제곱에 따라 결정되기 때문에 상대 유전율 값이 작은 경우의 반사 계수가 상대적으로 크게 나타날 수 있다. Here, in the linear distribution 410 , the relative permittivity difference between the first layer and the second layer is 11, and the relative permittivity difference between the eighth layer and the target object is also the same as 11 . However, as described in Equation 3 above, the reflection coefficient may be proportional to the square of the square root difference of the relative permittivity of media (eg, two layers) adjacent to the interface. For example, in the linear distribution 410 , the reflection coefficient between the first layer and the second layer is

is proportional to, but the reflection coefficient between the eighth layer and the target object is

can be proportional to In other words, even if the relative permittivity difference is the same, since the reflection coefficient is determined according to the square of the difference of the square root of the relative permittivity, when the relative permittivity value is small, the reflection coefficient may appear relatively large.

반면, 수학식 9에 따른 분포(425)에서는 제1 레이어 및 제2 레이어 간의 상대 유전율 차이가 3.79이고, 제8 레이어 및 대상 객체 간의 상대 유전율 차이는 19이다. 수학식 9에 따른 분포(425)에서는 제1 레이어 및 제2 레이어 간의 반사 계수가

에 비례할 수 있다. 수학식 9에 따른 분포(425)에서는 제8 레이어 및 대상 객체 간의 반사 계수는

에 비례할 수 있다. 따라서 슈퍼스트레이트에서 안테나 소자에 인접한 제1 부분들 간의 제1 유전율 차이는 제1 부분들보다 안테나 소자로부터 멀리 배치된 제2 부분들 간의 제2 유전율 차이보다 작더라도, 반사 계수는 전반적으로 균일하게 형성될 수 있다.On the other hand, in the distribution 425 according to Equation 9, the relative permittivity difference between the first layer and the second layer is 3.79, and the relative permittivity difference between the eighth layer and the target object is 19. In the distribution 425 according to Equation 9, the reflection coefficient between the first layer and the second layer is

can be proportional to In the distribution 425 according to Equation 9, the reflection coefficient between the eighth layer and the target object is

can be proportional to Therefore, even if the first dielectric constant difference between the first portions adjacent to the antenna element in the superstrate is smaller than the second dielectric constant difference between the second portions disposed further from the antenna element than the first portions, the reflection coefficient is formed uniformly as a whole can be

대부분의 전자기파 반사는 매질에 입사한 초반부에 발생하고, 반사 계수는 상대 유전율의 제곱근의 차이의 제곱에 따라 결정되기 때문에 슈퍼스트레이트로 전자기파가 입사한 초반 지점에서의 유전율 차이가 작고 후반 지점으로 갈수록 유전율 차이가 증가하는 구성에 의해 전자기파 반사가 최소화될 수 있다.Most of the electromagnetic wave reflection occurs at the beginning of the incident on the medium, and the reflection coefficient is determined by the square of the difference of the square root of the relative permittivity. The electromagnetic wave reflection can be minimized by the configuration of increasing the difference.

전자기파가 진행하면서 위상이 바뀔 수 있는데, 슈퍼스트레이트의 두께가 두꺼우면 역위상 등에 의한 상쇄가 발생할 수 있다. 이러한 역위상에 의한 상쇄를 방지하기 위해 일 실시예에 따른 슈퍼스트레이트의 각 레이어는 안테나 소자에 의해 목표 주파수로 방사되는 전자기파의 반파장 미만의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 슈퍼스트레이트는 안테나 소자에 의해 목표 주파수로 방사되는 전자기파의 반파장에 대응하는 두께로 형성될 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 슈퍼스트레이트의 총 두께는 아래 수학식10과 같이 결정될 수도 있다.As the electromagnetic wave progresses, the phase may change, and if the thickness of the superstrate is thick, offset by an antiphase or the like may occur. In order to prevent cancellation due to the antiphase, each layer of the superstrate according to an embodiment may be formed to have a thickness of less than half a wavelength of an electromagnetic wave radiated at a target frequency by the antenna element. In addition, the superstrate may be formed with a thickness corresponding to a half-wavelength of an electromagnetic wave radiated at a target frequency by the antenna element. However, the present invention is not limited thereto, and the total thickness of the super straight may be determined as in Equation 10 below.

상술한 수학식 10에서 t _n은 제n 레이어의 두께를 나타낼 수 있고,

는 안테나 소자의 공진 주파수에 대응하는 파장을 나타낼 수 있다. 슈퍼스트레이트의 총 두께는 안테나 소자의 공진 주파수에 대응하는 파장보다 아주 작게 설계될 수 있다. 예를 들어, 슈퍼스트레이트의 총 두께는 공진 주파수에 대응하는 파장의 1/10 이하일 수 있다.In Equation 10, t _n may represent the thickness of the n-th layer,

may represent a wavelength corresponding to the resonant frequency of the antenna element. The total thickness of the superstrate may be designed to be much smaller than the wavelength corresponding to the resonant frequency of the antenna element. For example, the total thickness of the superstrate may be 1/10 or less of the wavelength corresponding to the resonant frequency.

도 5의 그래프(500)에서는 도 4에서 상술한 선형 분포에 따른 반사 레벨(510) 및 수학식 9에 대응하는 분포에 따른 반사 레벨(520)가 도시된다. 도시된 바와 같이, 수학식 9에 대응하는 분포에 따른 반사 레벨(520)는 선형 분포에 따른 반사 레벨(510) 대비 47.98% 정도 전파 투과도가 개선될 수 있다.In the graph 500 of FIG. 5 , the reflection level 510 according to the linear distribution described above with reference to FIG. 4 and the reflection level 520 according to the distribution corresponding to Equation 9 are illustrated. As shown, in the reflection level 520 according to the distribution corresponding to Equation 9, the radio wave transmittance may be improved by 47.98% compared to the reflection level 510 according to the linear distribution.

도 6의 그래프(600)에서는 슈퍼스트레이트를 구성하는 레이어 개수의 증가에 따른 투과성(transmittance)을 도시한다. 레이어 개수가 증가할수록 투과성이 증가할 수 있다. 다시 말해, 슈퍼스트레이트를 구성하는 레이어들이 촘촘하게 배치될수록, 슈퍼스트레이트에서 부위 별 유전율 차이가 감소함으로써 투과성이 개선될 수 있다.The graph 600 of FIG. 6 shows transmittance according to an increase in the number of layers constituting the superstrate. As the number of layers increases, transmittance may increase. In other words, as the layers constituting the superstrate are arranged more densely, the difference in permittivity for each region in the superstrate may be reduced, thereby improving the transmittance.

일 실시예에 따르면 바이오 센서(700, 800)는 안테나 레이어(710, 810) 및 슈퍼스트레이트(720, 820)를 포함할 수 있다. 슈퍼스트레이트(720, 820)는 복수의 레이어들을 포함할 수 있다. 복수의 레이어들 중 한 레이어는 대상 객체에 접촉할 수 있다.According to an embodiment, the

biosensors

700 and 800 may include

antenna layers

710 and 810 and

superstrates

720 and 820 .

Superstrates

720 and 820 may include a plurality of layers. One layer among the plurality of layers may contact the target object.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 대상 객체에 접촉하는 레이어는 접착 레이어(adhesive layer)(740)일 수 있다. 접착 레이어(740)는 적어도 일면이 접착성인(adhesive)인 레이어로서, 대상 객체에 부착(attach)될 수 있다. 접착 레이어의 상대 유전율도 상술한 수학식 8 내지 수학식 9에 따라 결정될 수 있다.For example, as shown in FIG. 7 , the layer in contact with the target object may be an adhesive layer 740 . The adhesive layer 740 is a layer having at least one surface being adhesive, and may be attached to a target object. The relative permittivity of the adhesive layer may also be determined according to Equations 8 to 9 described above.

다만, 대상 객체에 접촉하는 레이어를 접착 레이어로 한정하는 것은 아니고, 비접착(non-adhesive) 레이어일 수도 있다. 이 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 슈퍼스트레이트의 측부에 접착부(adhesive unit)(840)가 연결될 수 있다. 접착부(840)는 접착력이 약해지면, 사용자에 의해 교환될 수도 있다. 따라서, 사용자는 접착부(840)만 교체하면서, 안테나 레이어(810) 및 슈퍼스트레이트(820)를 포함하는 바이오 센서(800)를 반영구적으로 사용할 수 있다.However, the layer in contact with the target object is not limited to the adhesive layer, and may be a non-adhesive layer. In this case, an adhesive unit 840 may be connected to the side of the superstrate as shown in FIG. 8 . The adhesive part 840 may be replaced by a user when the adhesive force is weakened. Accordingly, the user can semi-permanently use the biosensor 800 including the antenna layer 810 and the superstrate 820 while replacing only the adhesive part 840 .

접착 레이어(740) 및/또는 접착부(840)가 대상 객체에 부착됨으로써, 접착 레이어(740) 및/또는 접착부(840)는 슈퍼스트레이트(720, 820)의 일면이 대상 객체에 접촉되게 고정할 수 있다.By attaching the adhesive layer 740 and/or the adhesive part 840 to the target object, the adhesive layer 740 and/or the adhesive part 840 may be fixed such that one surface of the

superstrates

720 and 820 is in contact with the target object. have.

일 실시예에 따른 바이오 센서(900)는 안테나 소자(910) 및 슈퍼스트레이트(920)를 포함할 수 있다. 안테나 소자(910)에 의해 형성되는 빔 패턴(950)은 슈퍼스트레이트(920)를 통과할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 안테나 소자의 상대 유전율 2로부터 표피층의 상대 유전율 42까지 유전율의 급격한 변화가 최소화되도록, 슈퍼스트레이트(920)는 점진적인 상대 유전율로 구성된 레이어들을 포함할 수 있다. The biosensor 900 according to an embodiment may include an antenna element 910 and a superstrate 920 . The beam pattern 950 formed by the antenna element 910 may pass through the superstrate 920 . As described above, the superstrate 920 may include layers having a gradual relative permittivity so that the rapid change in permittivity from the relative permittivity 2 of the antenna element to the relative permittivity 42 of the skin layer is minimized.

도 9는 목표 주파수 별 전계 세기(E-field strength)의 체내 깊이별 감쇄 정도(980)를 도시한다. 목표 주파수는 바이오 센서를 동작시키고자 하는 주파수로서, 예를 들어, 안테나 소자의 공진 주파수에 대응할 수 있다. 일 실시예에 따른 바이오 센서는 안테나 소자의 공진 주파수가 각각 2GHz, 6GHz, 및 10GHz인 경우에도, 대상 객체(990)의 피부를 투과하여 지방, 혈관 너머 근육층까지 전자기파를 도달시킬 수 있다. 다시 말해, 바이오 센서는 표피층에서의 전계 감쇄를 최소화함으로써 전자기파의 침투 깊이를 개선할 수 있다.9 illustrates a degree of attenuation 980 of E-field strength for each target frequency for each depth in the body. The target frequency is a frequency at which the biosensor is to be operated, and may correspond to, for example, a resonant frequency of an antenna element. The biosensor according to an embodiment may transmit electromagnetic waves through the skin of the target object 990 to reach the muscle layer beyond fat and blood vessels, even when the resonant frequencies of the antenna elements are 2 GHz, 6 GHz, and 10 GHz, respectively. In other words, the biosensor can improve the penetration depth of electromagnetic waves by minimizing the attenuation of the electric field in the epidermal layer.

슈퍼스트레이트(920)가 없는 센서(1011)에 의해 도달 가능한 전자기파 침투 깊이(1021)보다, 슈퍼스트레이트(920)를 포함하는 바이오 센서(1012)에 의해 도달 가능한 전자기파 침투 깊이(1022)가 더 깊을 수 있다.The electromagnetic wave penetration depth 1022 reachable by the biosensor 1012 including the superstrate 920 may be deeper than the electromagnetic wave penetration depth 1021 reachable by the sensor 1011 without the superstrate 920. have.

일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템(1100)은 외부 생체 센서(1110) 및 내부 생체 센서(1120)를 포함할 수 있다. 외부 생체 센서(1110)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 바이오 센서일 수 있다. The biosensing system 1100 according to an embodiment may include an external biometric sensor 1110 and an internal biometric sensor 1120 . The external biosensor 1110 may be the biosensor described with reference to FIGS. 1 to 10 .

외부 생체 센서(1110)는 대상 객체를 향해 전자기파를 방사하는 안테나 소자 및 상대 유전율이 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가하는 슈퍼스트레이트(superstrate)를 포함할 수 있다. 외부 생체 센서(1110)는 전자기파를 통해 체내 생체 센서(1120)와 통신을 수립할 수 있다. 외부 생체 센서(1110)는 슈퍼스트레이트를 기준으로 안테나 소자의 반대편에 접지 레이어가 배치되고, 안테나 소자, 슈퍼스트레이트, 및 접지 레이어를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다.The external biometric sensor 1110 may include an antenna element that radiates electromagnetic waves toward a target object and a superstrate whose relative permittivity increases as the distance from the antenna element increases. The external biometric sensor 1110 may establish communication with the in vivo biosensor 1120 through electromagnetic waves. The external biometric sensor 1110 may include a housing in which a ground layer is disposed on the opposite side of the antenna element with respect to the superstrate, and accommodates the antenna element, the superstrate, and the ground layer.

내부 생체 센서(1120)는 대상 객체 내부에 배치되고, 외부 생체 센서(1110)와 통신을 수립할 수 있다. 내부 생체 센서(1120)는 피부(1191) 아래의 피하층(1192)에 삽입 및/또는 이식(implanted)될 수 있다. 외부 생체 센서(1110)는 내부 생체 센서(1120)와 무선으로 통신을 수립할 수 있다. 피하에 이식된 내부 생체 센서(1120)는 혈관(1193) 및 피하층(1192)에 존재하는 대상 피분석물(1180)을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 내부 생체 센서(1120)는 주변 대상 피분석물(1180)의 농도 변화에 따라 공진 주파수가 변화하는 공진기 조립체를 포함할 수 있고, 공진기 조립체의 공진 주파수를 모니터링함으로써 대상 피분석물(1180)과 연관된 추가 생체 데이터(additional bio-metric data)를 결정할 수 있다. 내부 생체 센서(1120)는 대상 피분석물(1180)의 농도에 대응하는 추가 생체 데이터를 체내에서 획득 및 수집할 수 있고, 추가 생체 데이터를 체외의 외부 생체 센서(1110)로 전송할 수 있다. 추가 생체 데이터는 대상 피분석물(1180)의 농도 및/또는 양과 관련된 데이터로서, 예를 들어, 상술한 바와 같이 피분석물(1180)의 농도에 대응하는 상대 유전율과 관련된 파라미터일 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 생체 데이터는 피분석물(1180)의 농도에 대응하는 공진 주파수, 공진 주파수를 산출하기 위한 산란 파라미터, 및 산란 파라미터에 대응하는 주파수 응답 특성 등을 포함할 수도 있다. 내부 생체 센서(1120)는 무선 통신을 통해 외부 생체 센서(1110)로 추가 생체 데이터를 전송할 수 있다. 더 나아가, 외부 생체 센서(1110)는 내부 생체 센서(1120)로부터 전력을 무선으로 공급할 수 있다. 내부 생체 센서(1120)는 무선 전송된 전력을 이용하여 생체 데이터를 모니터링할 수 있다.The internal biometric sensor 1120 may be disposed inside the target object and establish communication with the external biometric sensor 1110 . The internal biosensor 1120 may be inserted and/or implanted in the subcutaneous layer 1192 under the skin 1191 . The external biometric sensor 1110 may establish wireless communication with the internal biometric sensor 1120 . The internal biosensor 1120 implanted subcutaneously may monitor the target analyte 1180 existing in the blood vessel 1193 and the subcutaneous layer 1192 . For example, the internal biosensor 1120 may include a resonator assembly in which a resonant frequency changes according to a change in the concentration of the surrounding target analyte 1180, and by monitoring the resonant frequency of the resonator assembly, the target analyte ( 1180 ) and associated additional bio-metric data may be determined. The internal biometric sensor 1120 may acquire and collect additional biometric data corresponding to the concentration of the target analyte 1180 in the body, and may transmit the additional biometric data to the external biometric sensor 1110 outside the body. The additional biometric data is data related to the concentration and/or amount of the target analyte 1180 , and may be, for example, a parameter related to a relative permittivity corresponding to the concentration of the analyte 1180 as described above. However, the present invention is not limited thereto, and the biometric data may include a resonance frequency corresponding to the concentration of the analyte 1180 , a scattering parameter for calculating the resonance frequency, and a frequency response characteristic corresponding to the scattering parameter. The internal biometric sensor 1120 may transmit additional biometric data to the external biometric sensor 1110 through wireless communication. Furthermore, the external biometric sensor 1110 may wirelessly supply power from the internal biometric sensor 1120 . The internal biometric sensor 1120 may monitor biometric data using wirelessly transmitted power.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims

바이오 센서에 있어서,In the biosensor,

대상 객체(target object)를 향해 전자기파를 방사하는 안테나 소자; 및An antenna element emitting electromagnetic waves toward a target object; and

상기 안테나 소자로부터 방사된 전자기파를 상기 대상 객체로 전달하고, 상대 유전율(relative permittivity)이 상기 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가하는 슈퍼스트레이트(superstrate);a superstrate that transmits the electromagnetic wave radiated from the antenna element to the target object, and whose relative permittivity increases as the distance from the antenna element increases;

를 포함하는 바이오 센서.A biosensor comprising a.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 대상 객체를 향해 방사된 상기 전자기파에 기초하여 상기 대상 객체 내의 대상 피분석물과 관련된 생체 정보를 결정하는 제어부A control unit that determines biometric information related to a target analyte in the target object based on the electromagnetic wave radiated toward the target object

를 더 포함하는 바이오 센서.A biosensor further comprising a.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트에서 상기 안테나 소자에 인접한 제1 부분들 간의 제1 유전율 차이는 상기 제1 부분들보다 상기 안테나 소자로부터 멀리 배치된 제2 부분들 간의 제2 유전율 차이보다 작은,a first dielectric constant difference between first portions adjacent to the antenna element in the superstrate is less than a second dielectric constant difference between second portions disposed further away from the antenna element than the first portions;

바이오 센서.biosensor.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트의 상대 유전율 증가 정도는 상기 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가하는,The degree of increase in the relative permittivity of the superstrate increases as the distance from the antenna element increases,

바이오 센서.biosensor.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트는,The super straight,

상대 유전율이 서로 다른 복수의 레이어들을 포함하는,Including a plurality of layers having different relative permittivity,

바이오 센서.biosensor.
제5항에 있어서,6. The method of claim 5,

상기 복수의 레이어들에서 상기 안테나 소자로부터 먼 레이어의 상대 유전율은 상기 안테나 소자에 인접한 레이어의 상대 유전율보다 높은,In the plurality of layers, a relative permittivity of a layer remote from the antenna element is higher than a relative permittivity of a layer adjacent to the antenna element;

바이오 센서.biosensor.
제5항에 있어서,6. The method of claim 5,

상기 복수의 레이어들에서 인접한 레이어들 간의 고유 임피던스 차이들이 균일하게 분포되는,In the plurality of layers, intrinsic impedance differences between adjacent layers are uniformly distributed,

바이오 센서.biosensor.
제5항에 있어서,6. The method of claim 5,

상기 복수의 레이어들 중 적어도 한 레이어는,At least one layer of the plurality of layers,

상기 전자기파의 방사 지점의 상대 유전율의 제곱근 및 목표 지점의 상대 유전율의 제곱근 간의 차이, 레이어의 배치 순서, 및 상기 복수의 레이어들의 총 개수에 기초하여 결정된 상대 유전율을 가지는,having a relative permittivity determined based on a difference between the square root of the relative permittivity of the radiation point of the electromagnetic wave and the square root of the relative permittivity of the target point, the arrangement order of the layers, and the total number of the plurality of layers,

바이오 센서.biosensor.
제5항에 있어서,6. The method of claim 5,

상기 슈퍼스트레이트는,The super straight is

상기 안테나 소자를 기준으로 상기 슈퍼스트레이트의 반대편에 배치되는 접지 레이어A ground layer disposed on the opposite side of the superstrate with respect to the antenna element

를 더 포함하고,further comprising,

상기 복수의 레이어들 중 상기 안테나 소자에 접촉한 레이어는 상기 접지 레이어의 상대 유전율 및 상기 대상 객체의 상대 유전율 사이에 대응하는 범위 내의 상대 유전율을 가지는,A layer in contact with the antenna element among the plurality of layers has a relative permittivity within a range corresponding to a relative permittivity of the ground layer and a relative permittivity of the target object,

바이오 센서.biosensor.
제5항에 있어서,6. The method of claim 5,

상기 복수의 레이어들 중 상기 대상 객체에 접촉한 레이어는 상기 대상 객체의 상대 유전율과 동일하거나 유사한 상대 유전율을 가지는,A layer in contact with the target object among the plurality of layers has a relative permittivity that is the same as or similar to a relative permittivity of the target object,

바이오 센서.biosensor.
제10항에 있어서,11. The method of claim 10,

상기 대상 객체에 접촉한 레이어는,The layer in contact with the target object,

인체 피부에 대응하는 상대 유전율을 가지는,Having a relative permittivity corresponding to human skin,

바이오 센서.biosensor.
제5항에 있어서6. The method of claim 5

상기 슈퍼스트레이트의 각 레이어는 상기 안테나 소자에 의해 목표 주파수로 방사되는 전자기파의 반파장 미만의 두께로 형성된,Each layer of the superstrate is formed with a thickness of less than half a wavelength of an electromagnetic wave radiated at a target frequency by the antenna element,

바이오 센서.biosensor.
제1항에 있어서2. The method of claim 1

상기 슈퍼스트레이트는 상기 안테나 소자에 의해 목표 주파수로 방사되는 전자기파의 반파장에 대응하는 두께로 형성된,The super-straight is formed with a thickness corresponding to a half-wavelength of an electromagnetic wave radiated at a target frequency by the antenna element,

바이오 센서.biosensor.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트는,The super straight,

상기 대상 객체에 접촉하면서, 상기 대상 객체에 부착(attach)되는 접착 레이어An adhesive layer attached to the target object while in contact with the target object

를 더 포함하는 바이오 센서.A biosensor further comprising a.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트의 측부에 연결되고, 상기 대상 객체에 부착되는 접착부Adhesive portion connected to the side of the super straight and attached to the target object

를 더 포함하는 바이오 센서.A biosensor further comprising a.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트의 각 레이어의 소재는The material of each layer of the super straight is

폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 기반 복합체(composite), 유기 세라믹 라미네이트(organic ceramic laminate), 및 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP, Fluorinated Ethylene Propylene) 중 하나 이상의 소재를 포함하는,Containing at least one material of polytetrafluoroethylene (PTFE, Polytetrafluoroethylene)-based composite, organic ceramic laminate, and fluorinated ethylene propylene (FEP),

바이오 센서.biosensor.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 전자기파를 통해 체내 센서와 통신을 수립하는,Establishing communication with the body sensor through the electromagnetic wave,

바이오 센서.biosensor.
제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 슈퍼스트레이트를 기준으로 상기 안테나 소자의 반대편에 접지 레이어가 배치되고, 상기 안테나 소자, 상기 슈퍼스트레이트, 및 상기 접지 레이어를 수용하는 하우징A housing in which a ground layer is disposed opposite to the antenna element with respect to the superstrate, and accommodates the antenna element, the superstrate, and the ground layer

를 더 포함하는 바이오 센서.A biosensor further comprising a.
바이오 센싱 시스템에 있어서,In the biosensing system,

대상 객체를 향해 전자기파를 방사하는 안테나 소자 및 상대 유전율이 상기 안테나 소자로부터 멀어질수록 증가하는 슈퍼스트레이트(superstrate)를 포함하는 외부 생체 센서; 및An external biometric sensor comprising: an antenna element emitting electromagnetic waves toward a target object and a superstrate whose relative permittivity increases as the distance from the antenna element increases; and

상기 대상 객체 내부에 배치되고, 상기 외부 생체 센서와 통신을 수립하는 내부 생체 센서An internal biometric sensor disposed inside the target object and establishing communication with the external biometric sensor

를 포함하는 바이오 센싱 시스템.A biosensing system comprising a.